常用工程材料性能.ppt

常用工程材料及性能 议程 金属材料钢及合金钢铝及铝合金铜及铜合金塑料聚氯乙烯聚苯乙烯聚乙烯聚丙烯聚酰胺聚对苯二甲酸丁二醇酯电源绝缘材料 聚甲醛聚碳酸酯ABS有机玻璃硅胶 工程材料概述 通常所说的材料性能有两个方面的意义 材料的使用性能 指材料在工作条件下表现出的性能 如强度 塑性 韧性等力学性能 耐蚀性 耐热性等化学性能以及声 光 电 磁等功能性能 材料的工艺性能 指材料在加工过程中表现出的性能 如压力加工性能 机加工性能 焊接性能 铸造性能等 工程材料的分类 金属材料非金属材料复合材料 钢及合金钢 钢的定义 钢和铸铁是由铁和碳两种元素组成的二元合金 因此称为铁碳合金 通常所说的钢是指含碳量为0 02 2 14 的铁碳合金 铸铁是指含碳量大于2 14 的铁碳合金 钢铁选材的成分依据 在增加含碳量的同时 钢的硬度也随之增加 然而 钢的硬度越硬 它的韧性和塑性也越小 在设计中 要求塑性和韧性都较好的材料 如型钢和容器 一般应选用低碳钢 含碳量为0 10 0 25 同时要求塑性和强度较好的材料 如轴等机械零件 应选用中碳钢 含碳量为0 25 0 60 同时要求硬度和耐磨性都较好的材料 如工具和模具 应选用高碳钢 含碳量为0 6 1 3 钢的分类 按用途钢可分为两大类 工具钢和结构钢工具钢要求硬度高 耐磨性好 用来制作各种工具如刃具 模具等 工具钢有碳素工具钢和合金工具钢等 例 T9 T10 特种碳素钢 含碳量0 9 1 0 这种钢材韧性小 有较高的耐磨性 适用于不受震动的工具 车刀 钻头及木工工具等 锉刀采用高碳工具钢 T13或T12 合金工具钢8MnSi 含碳量0 75 0 85 含锰量0 8 1 1 含硅量0 3 0 6 这种钢用于木工工具中的凿子 锯条等工具 结构钢则要求它具有高的强度 以便承受所负担的负荷 同时还要求有韧性 以便在超重的情况下只出现某些塑性变形而不折断和爆裂 用来制作各种金属构件和机器零件等 结构钢有碳素结构钢 优质碳素钢 例 钢的牌号中35 45 钢 称为优质碳素钢 其含碳量为0 35 0 45 铝的性质和用途 物质的用途在很大程度上取决于物质的性质 由于铝有多种优良性能 因而铝有着极为广泛的用途 铝的密度很小 仅为2 7g cm3 虽然它比较软 但可制成各种铝合金 如硬铝 超硬铝 防锈铝 铸铝等 铝合金广泛应用于飞机 汽车 火车 船舶等制造工业 此外 火箭 航天飞机 人造卫星也使用大量的铝及其合金 例如 一架超音速飞机约由70 的铝及其合金构成 船舶建造中也大量使用铝 一艘大型客船的用铝量常达几千吨 铝的导电性仅次于银 铜 虽然它的导电率只有铜的2 3 但密度只有铜的1 3 所以输送同量的电 铝线的质量只有铜线的一半 铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力 而且有一定的绝缘性 所以铝在电器制造工业 电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途 铝的性质和用途 铝是热的良导体 它的导热能力比铁大3倍 工业上可用铝制造各种热交换器 散热材料和炊具等 铝有较好的延展性 它的延展性仅次于金和银 在100 150 时可制成薄于0 01mm的铝箔 这些铝箔广泛用于包装香烟 糖果等 还可制成铝丝 铝条 并能轧制各种铝制品 铝的表面因有致密的氧化物保护膜 不易受到腐蚀 常被用来制造化学反应器 医疗器械 冷冻装置 石油精炼装置 石油和天然气管道等 铝粉具有银白色光泽 一般金属在粉未状时的颜色多为黑色 常用来做涂料 俗称银粉 银漆 以保护铁制品不被腐蚀 而且美观 铝的性质和用途 铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光 常用于制造爆炸混合物 如铵铝炸药 由硝酸铵 木炭粉 铝粉 烟黑及其他可燃性有机物混合而成 燃烧混合物 如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克 大炮等 和照明混合物 如含硝酸钡68 铝粉28 虫胶4 铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等 铝还用做炼钢过程中的脱氧剂 铝粉和石墨 二氧化钛 或其他高熔点金属的氧化物 按一定比率均匀混合后 涂在金属上 经高温炽烧而制成耐高温的金属陶瓷 它在火箭及导弹技术上有重要应用 铝板对光的反射性能也很好 反射紫外线比银强 铝越纯 其反射能力越好 因此常用来制造高质量的反射镜 如太阳灶反射镜等 铝具有吸音性能 音响效果也较好 所以广播室 现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝 铝合金 铝合金的突出特点是密度小 强度高 铝中加入Mn Mg形成的AL Mn Al Mg合金具有很好的耐蚀性 良好的塑性和较高的强度 称为防锈铝合金 用于制造油箱 容器 管道 铆钉等 硬铝合金的强度较防锈铝合金高 但防蚀性能有所下降 这类合金有Al Cu Mg系和Al Cu Mg Zn系 新开发的高强度硬铝 强度进一步提高 而密度比普通硬铝减小15 且能挤压成型 可用作摩托车骨架等构件 A1 Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材 目前高强度铝合金广泛应用于制造飞机 舰艇和载重汽车等 可增加它们的载重量以及提高运行速度 并具有抗海水侵蚀 避磁性等特点 铜及铜合金 纯铜呈紫红色 故又称紫铜 有极好的导热 导电性 其导电性仅次于银而居金属的第二位 铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能 是优良的电工用金属材料 工业中广泛使用的铜合金有黄铜 青铜和白铜等 Cu与Zn的合金称黄铜 其中Cu占60 90 Zn占40 10 有优良的导热性和耐腐蚀性 可用作各种仪器零件 在黄铜中加入少量Sn 锡 称为海军黄铜 具有很好的抗海水腐蚀的能力 在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb 铅 可用作滑动轴承材料 青铜是人类使用历史最久的金属材料 它是Cu Sn合金 锡的加入明显地提高了铜的强度 并使其塑性得到改善 抗腐蚀性增强 因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件 Sn较贵 目前已大量用A1 Si Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金 铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好 铍青铜是强度最高的铜合金 它无磁性又有优异的抗腐蚀性能 是可与钢相竞争的弹簧材料 白铜是Cu Ni合金 有优异的耐蚀性和高的电阻 故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料 电镀 电镀的定义 采用直流电源和相应的镀液 钢件在电镀槽中作为阴极 待镀金属作为阳极 在金属工件表面发生电化学反应 沉积一层不同于基体的金属合金镀层 电镀的作用 电镀是一种表面处理 一般用来防止表面生锈 防酸 碱 盐 防日光 雨淋等 还可增强表面导电性能 常用电镀种类 JISG3313SECC表面灰色 不易起手指痕 ASTMB633SC2TYPE2 银白色 导电性能好 易起手指痕 ASTMB633SC2TYPE3 白色 导电性能好 易起手指痕 常用工程塑料特性及应用 塑料是以合成或天然的树脂作为主要成分 添加或不添加辅助材料如填料 增塑剂 稳定剂 颜料 防老剂等 在一定温度 压力下加工成型而成的 塑料的性能主要取决于主体成分高聚物树脂的性质 高聚物中适当添加某些辅料可以改善材料耐寒 耐热 耐磨 导热 机械和加工性能 一般塑料具有密度小 比强度大 电绝缘性好 耐腐蚀性好和易加工等优点 但也具有不耐高温 强度差易变形 热膨胀系数大 导热差 易老化等缺点 热塑性塑料是以热塑性树脂为主体成分 加工塑化成型后一般具有链状的线型分子结构 受热后又软化 可反复塑制成型 亦可对型材做二次热加工 常用热塑性塑料如聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚酰胺 聚甲醛 聚碳酸酯 ABS 硅胶等 塑料概述 聚氯乙烯 PVC 可溶性和可熔性差 加热后塑性差 不直接用作塑料 一般加入增塑剂 稳定剂 填充剂 润滑剂等添加剂而成为塑料 聚氯乙稀树脂来源丰富 价格低廉 制成的塑料性能优良 它的产量仅次于聚乙稀 聚氯乙烯塑料的类型 使用性能及用途 硬聚氯乙烯 不含或只含少量的增塑剂 强度较高 质硬 介电性能好 化学稳定性好 抗酸碱能力强 但耐热性不高 主要用于制造片材 板材 管材 棒材等各种型材 生产泵中的弯头 零件 三通阀等 还可用于制造泡沫塑料 软聚氯乙稀 含较多的增塑剂 可塑性 流动性比硬聚氯乙稀好 制品柔软且富有弹性 抗酸碱能力强 耐寒耐光且不受氧及臭氧的影响 但耐热性 机械强度 耐磨性 耐溶性及介电性不如硬聚氯乙稀 软聚氯乙稀主要用于制造手柄 绝缘垫等结构性零件 各种薄膜 人造革 地板胶 电线电缆的绝缘层和软管 聚氯乙烯 PVC 大多数聚氯乙烯塑料长期使用温度范围不宽 15 55度 某些特殊配方的长期使用温度可达90度 聚氯乙烯的成型性能 聚氯乙烯塑料的成型性能较差 这是由于它的成型温度范围较窄 加热到80 85度就开始软化 它的粘流温度接近于分解温度 因此 必须严格控制成型温度 增大模具浇注系统截面尺寸 注意模具冷却系统的设计 提高型腔表面光滑程度 镀铬等 聚苯乙烯 PS 无色 透明并有光泽的非结晶型线型结构的高聚物 聚苯乙烯树脂来源广泛 产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯 聚苯乙烯使用性能 透明性好 透光率高 光学性能仅次于有机玻璃 化学稳定性优良 耐酸 硝酸除外 碱 醇 油 水能力强 但对氧化剂 苯 四氯化碳 酮类 丙酮除外 酯类等抵抗能力较差 电性能优良 是理想的高频绝缘材料 质硬 介电性能好 化学稳定性好 抗酸碱能力强 聚苯乙烯 PS 耐热性不高 使用温度为 30 80度 耐磨性较差 质脆 耐冲击性较差 导热系数小 线膨胀系数比金属大 塑料件易产生内应力 易开裂 聚苯乙烯成型性能 成型性能优良 吸水性小 成型前可不进行干燥 收缩小 制品尺寸稳定 比热容小 可很快加热塑化 且塑化量较大 故成型速度快 生产周期短 可进行高速注射 聚苯乙烯的用途 可用来制造仪表外壳和指示灯罩 电视机结构零件 高频插座 隔音和绝缘用泡沫塑料 各种容器等 聚乙烯 PE 聚乙烯使用性能 电性能优良 是理想的绝缘材料 它的介电性能与温度和频率无关 无杂质的聚乙烯可作为超高频绝缘材料 耐热性不高 低密度聚乙烯使用温度为不超过80度 高密度聚乙烯使用温度为不超过100度 耐寒性很好 在 60度仍有较好的机械性能 化学稳定性好 耐酸 碱 醇 盐能力强 可溶性较差 室温下不溶解于一般溶剂 耐水性很好 长期与水接触 性能保持不变 化可作为超高绝缘材料 化学稳定性好 抗酸碱能力强 聚乙烯 PE 在热 光 氧气的作用下会发生老化 变脆 机械性能和介电性能下降 因此必须在聚乙烯塑料中加入抗氧化剂和紫外线吸收剂有一定的机械性能 但与其它塑料相比 机械强度 表面硬度较低 高密度聚乙烯优于低密度聚乙烯 但柔软性 耐冲击性不如低密度聚乙烯 聚乙烯的成型性能 聚乙烯成型性能好 这是由于其吸水性好 成型前可不预热 熔体粘度小 流动性好 成型时不易分解 聚乙烯的用途 聚乙烯用于制造电气绝缘零件 尤其是无线电中的高频电线 电缆 薄膜 管材 单丝绳 生产机械零件和日用品 防油纸 防湿的涂覆纸等 聚丙烯 PP 聚丙烯的使用性能 聚丙烯具有聚乙烯所有的优良性能 如电性能优良 耐水性 化学稳定性 成型性好等 同时许多性能比聚乙烯还好 如耐热性较好 可在100 120度下长期使用 但耐低温不如聚乙烯 温度低于零下降35度会产生脆裂 机械性能较好 弯曲强度和拉伸强度接近于聚苯乙烯 刚性和延伸率好 抗应力开裂性比聚乙烯好 但耐磨性稍差 严重缺点是在氧 热 光作用下容易降解 老化 为此 应在聚丙烯塑料中加入稳定剂 聚丙烯的成型性能 聚丙烯吸水性好小 熔融状态流动性比聚乙烯好 但收缩率大 易产生缩孔 凹痕 变形等缺陷 成型温度低时 方向性明显 凝固速度较快 容易产生内应力 因此 应注意控制成型温度 制品壁厚应该均匀 浇注系统应较缓慢散热 冷却速度不宜过快 聚丙烯 PP 聚丙烯的用途 聚丙烯用于制造板材 片材 管材 薄膜 瓶子 化工设备中的法兰 管接头 泵的叶轮 阀门配件等机械零件 电气绝缘零件 日用品等 聚丙烯还可用于合成纤维抽丝 聚酰胺 尼龙 PA 聚酰胺的使用性能 聚酰胺的抗拉强度 硬度高 耐磨性和自润滑性很突出 其耐磨性高于作轴承的铜及铜合金 并有很好的耐冲击性能 疲劳强度与铸铁 铝合金相当 耐弱碱和大多数盐类 但不耐强酸和氧化剂 不溶于普通的有机溶剂 如苯 汽油 煤油等 和油脂 但会被甲酚 苯酚 浓硫酸溶解 耐热性不高 长期使用温度不超过80度 聚酰胺的成型性能 熔融温度范围较窄 熔点较高 为180 280度之间 吸水性大 难以制造精度高 尺寸稳定的产品 成型前须干燥 热稳定性差易产生缩孔 凹痕 变形等缺陷 聚酰胺熔融状态粘度低 流动性好 有利成型薄壁制品 但必须严格控制温度和正确设计模具及冷却系统 聚酰胺 尼龙 PA 聚酰胺的用途 聚酰胺用于制造减磨耐磨零件及传动件 如轴承 齿轮 凸轮 滑轮 衬套 铰链等 制造电器 仪表 电子设备中的骨架 垫圈 支架 外壳等零件 还可用作阀座 密封圈 薄膜及日用品 聚甲醛 POM 聚甲醛的使用性能 综合机械性能良好 强度硬度高 具有与金属材料较为接近的比强度和比刚度 很好的冲击韧性和耐疲劳强度 好的耐磨性和小的磨擦系数 热变形温度较高 连续使用的温度为100度 热稳定性较差 加热时易分解 在光 氧作用下易老化 聚甲醛的成型性能 熔融温度范围较窄 熔点较高 为180 280之间 吸水性比聚酰胺和ABS等塑料小 成型前可不必干燥 制品尺寸稳定性好 可以制造较精密的零件 聚甲醛 POM 热稳定性差易产生缩孔 凹痕 变形等缺陷 成型温度低时 方向性明显 凝固速度较快 制品容易产生毛斑 折皱 熔接痕等表面缺陷 并且收缩率大 热稳定性差 聚甲醛的用途 聚甲醛是一种较好的工程材料 可以在很多领域代替钢 铜 铝 铸铁等金属材料制造许多种结构零件 如汽车散热器排水管阀门 散热器箱盖 空气压缩机阀门等零件 聚碳酸酯 PC 聚碳酸酯的使用性能 机械性能好 拉伸与弯曲强度与聚酰胺 聚甲醛相当 抗冲击和抗蠕变性能突出 制品尺寸稳定 耐疲劳强度低 使用中容易产生应力开裂 磨擦系数大 耐磨性差 耐热性较好 长期使用温度可达130度 耐寒性好 脆化温度为 100度 具有一定的化学稳定性 耐水 稀酸 油等 但不耐碱 酮 酯等 在光的作用下不会老化 吸水性较小 透光率很高 介电性能良好 聚碳酸酯的成型性能 熔融温度高 220 230度 熔体粘度大 流动性较差 当冷却速度较快时 制品容易产生内应力 吸水性小 但在成型过程中即使含有0 2 的水分也会使制品产生气泡 银丝和斑痕 所以成型前仍需干燥 成型收缩率好 可以得到精度高的零件 聚碳酸酯的用途 聚碳酸酯在电气 机械 光学 医药等工业部门得到广泛的应用 在机械设备中用于制造中 小负荷的部件 如齿轮 齿条 蜗轮 蜗杆 凸轮 轴 杠杆等 还可制造转速不高的耐磨件 如轴套 导轨等 在电器电子工业中可制造各种绝缘接插件 因透光性高 可制造大型灯罩 门窗等 无毒无味有较好的耐热性 可制造医疗器械 9 聚碳酸酯 PC ABS塑料 ABS塑料的使用性能 ABS是由丙烯晴 丁二烯 苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型高聚物 因此具有三种组合物的综合性能 丙烯晴可使ABS具有较高的强度 硬度 耐热性和耐化学稳定性 丁二烯可使ABS具有弹性和较高的冲击韧性 苯乙烯可使ABS具有优良的介电性能和成型加工性能 ABS塑料在一定的温度范围内具有较高的冲击性能和表面硬度及耐磨性 热变形温度为100度左右 比聚苯乙烯 聚氯乙烯 聚酰胺 都高具有一定的化学稳定性和良好的介电性能 能与其它塑料和橡胶混溶等特性 制品尺寸稳定 表面光泽 可以抛光和电镀 耐热性不高 耐低温和耐紫外线性能也不好 ABS塑料 ABS塑料的成型性能 ABS塑料成型性能较好 它的流动性较好 成型收缩率小 ABS比热容较低 在料筒中塑化效率高 在模具中凝固也较快 模塑周期短 但ABS吸水性大 成型前必须充分干燥 ABS塑料的用途 由于ABS塑料具有良好的综合性能和易于成型 所以在机械 电气 轻工 汽车 飞机 造船以及日用品等工业中得到较广泛的应用 如电器仪表外壳 汽车仪表盘 仪表壳 把手 管道 电池槽等 聚甲基丙烯酸甲脂 PMMA 聚甲基丙烯酸甲脂 PMMA 的性能用途 聚甲基丙烯酸甲脂俗称有机玻璃 它是透明度很高的一种热塑性塑料 它的主要特征是质轻 透光率高 它可以透过90 以上的太阳光和73 以上的紫外线光 着色性好 加入有机着色剂可以染成各种鲜艳的颜色 加入荧光剂可制成荧光塑料 使用温度范围 60 100度 表面硬度不高 容易划伤 质脆 易开裂 吸水性低 成型收缩率小 塑料件的尺寸稳定性好 但它的热稳定性较差 有机玻璃可制面管 棒 板等型材 可制造飞机驾驶舱盖和飞机 汽车 轮船的玻璃窗 仪表盘 仪表壳油杯 光学玻璃以及钮扣等日用品 硅胶 硅胶性能 极好的耐高低温性 耐臭氧性能 低温柔软性 绝缘性能良好良好的导热性能强的吸附性能硅胶无毒 无味 与酸不起作用 对液相和气相介质有很强的吸附性能 硬度比玻璃稍软 除氢氟酸和强碱外 不溶于水及各种化学溶剂 物性非常稳定 硅胶用途电话机 电脑 计算器键盘 电极及密封件 硅胶是用于物品吸潮 除湿 包装封存的理想产品 微波炉 洗碗机 电磁炉等家用电器及船舱与窗户以及电箱 重叠金属片的接口 硅脂 有机硅树脂的性能 热稳定性 有机硅树脂的Si O键有较高的键能 363kJ mol 所以比较稳定 耐热性和耐高温性能均很高 一般说来其热稳定性范围可达200 250 特殊类型的树脂可以更高一些 力学性能 有机硅树脂固化后的力学性能不高 受热时弯曲强度有较大幅度的下降 若在主链中引入亚苯基 可提高刚性 强度及使用温度 电性能 有机硅树脂具有优良的电绝缘性能 它的击穿强度 耐高压电弧及电火花性能均较优异 憎水性 有机硅树脂的吸水性很低 水珠在其表面只能滚落而不能润湿 因此 在潮湿的环境条件下 有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料仍能保持其优良的性能 有机硅树脂的用途 用于胶接金属或非金属材料的粘胶剂 如Bondply 电源绝缘材料 VALOXFR 1LEXANFR 700LEXANFR 60PET MYLAR麦拉 FORMEX FORMEX GKSTATEX VALOXFR1 聚对苯二甲酸丁二醇酯 VALOX VALOXFR 1是一种符合UL94VTM 0标准的薄膜 最薄达到0 003 它具有中等程度的耐温性 系PBT材料 FR 1的出色介电强度和良好的加工性 使它成为具有广泛应用范围的理想材料 可用于电源绝缘 键盘绝缘 母线绝缘 与铝箔复合用于绝缘和屏蔽 LEXANFR700 LEXANFR 700是一种无光泽的黑色防火PC薄膜 广泛应用于电子领域 LEXANFR 700是当今市场最经济 有效的防火薄膜最大程度的电子绝缘材料 电RTI 130 防火阻燃等级 94V 0 10mils介电强度 7000瓦 mil 1mil最初撕裂强度 908磅 mil刺破强度 322磅 in可热成型可打凸可印刷 LEXANFR 60 透明 防火PC薄膜 PET PET MYLAR麦拉 耐高温105 电气绝缘用薄膜开关的理想衬底高绝缘强度 耐电压高抗潮湿 气体 高热和化学物质的侵袭低收缩率 不易脆化 耐磨损特别的乳白色材质提高能见度 而且美观防火阻燃 FORMEX 它是由一种防火等级之PP材料挤压成片狀型式 主要用于电器与电子产品上之绝缘需求 非常低之吸水特性 近乎0 01 耐高电压 1720V mil 18milthick 在UL黄卡上之特性指數非常高可使用的工作温度高优越之切割及弯折特性优越之文字印刷与不易脱落之特性符合现今或未來环保法规之规范 不含危害臭氧层之氟氯碳化物不含溴化物不含EVA或EVA之添加物 FORMEX GK 聚丙烯PP材料非常低之吸水特性 近乎0 06 耐高电压 1460V mil 17milthick 在UL黄卡上之特性指數非常高可使用的工作温度高115 C优越之切割及弯折特性对于加工刀模之制作与保养的要求较松故刀模之制作与保养较容易其余特性近似或优于Formex系列专利之聚丙烯PP配方产品优越之文字印刷与不易脱落之特性改良对外力的冲击性 STATEX 一种经过特殊配方处理以消除表面静电之材料 尤其在对静电特别敏感的IC时 它展现优越之消除静电与绝缘效果 经特殊之配方处理以消除外來静电之绝缘材料特性近似Formex系列产品